电子电路的抗干扰技术-PPT.ppt

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1、3.5 屏蔽、接地、浮置与其他干扰抑制技术屏蔽、接地、浮置与其他干扰抑制技术 3.6 电源变压器与工频干扰电源变压器与工频干扰3.7 通过布线减小干扰通过布线减小干扰3.8 软件抗干扰技术软件抗干扰技术 思考与练习题思考与练习题 第三讲 电子电路的抗干扰技术(二)3.5.2 3.5.2 接地技术接地技术1.1.接地的概念和目的接地的概念和目的在在电电子子测测量量系系统统中中，地地的的含含义义包包括括两两种种。一一是是代代表表一一个个系系统统或或一一个个电电路路的的等等电电位位参参考考点点，接接地地的的目目的的是是为为系系统统或或电电路路的的各各部部分分提提供供一一个个稳稳定定的的基基准准电电位

2、位，并并以以低低的的阻阻抗抗为为信信号号电电流流回回流流到到信信号号源源提提供供通通路路。这这种种地地又又称称为为信信号号地地。显显然然，没没有有信信号号地地，系系统统或或电电路路是是无无法法工工作作的的。二二是是指指地地球球的的大大地地。系系统统或或电电路路的的某某些些部部分分需需要要与与该该地地连连接接，接接地地的的目目的的是是为为电电气气设设备备提提供一个保护接地，或者是满足静电屏蔽的需要。供一个保护接地，或者是满足静电屏蔽的需要。2.2.电子测量系统中的多种地线电子测量系统中的多种地线1 1）保护地线保护地线 为为了了安安全全起起见见，作作为为三三相相四四线线制制电电源源电电网网的的零

3、零线线、电电气气设设备备的的机机壳壳、底底盘盘以以及及避避雷雷针针等等都都需需要要接接大大地地。对对于于单单相相电电，为为了了保保证证用用电电的的安安全全性性，也也应应采采用用具具有有保保护护接接地地线线的的单单相相三三线线制制配配电电方方式式。图图3-123-12是是220V220V三三线线制制交交流流配配电电原原理理图图。“火火线线”上上装装有有熔熔断断丝丝，保保护护地地线线应应与与设设备备外外壳壳相相连连。当当电电流流超超过过容容限限时时，熔熔断断丝丝切切断断电电源源，但但不不管管漏漏电电流流大大小小或或熔熔断断丝丝是是否否熔熔断断，用用电电设设备备外外壳壳始始终终保保持持地地电电位位，

4、从从而而保保障障了了人人身安全。身安全。图3-12 单相三线制配电原理图 2 2）信号地线信号地线 电电子子测测量量系系统统中中的的地地线线除除特特别别说说明明是是接接大大地地的的以以外，一般都是指作为电信号的基准电位的信号地线。外，一般都是指作为电信号的基准电位的信号地线。信信号号地地线线又又可可分分为为两两种种：模模拟拟地地和和数数字字地地。模模拟拟地地是是模模拟拟信信号号的的零零电电位位公公共共线线。因因为为模模拟拟信信号号一一般般较较弱弱，所所以以对对模模拟拟地地要要求求较较高高。数数字字地地是是数数字字信信号号的的零零电位公共线。电位公共线。由由于于数数字字信信号号一一般般较较强强，

5、故故对对数数字字地地要要求求可可低低些些。但但由由于于数数字字信信号号处处于于脉脉冲冲工工作作状状态态，动动态态脉脉冲冲电电流流在在杂杂散散的的接接地地阻阻抗抗上上产产生生的的干干扰扰电电压压，即即使使尚尚未未达达到到足足以以影影响响数数字字电电路路正正常常工工作作的的程程度度，但但对对于于微微弱弱的的模模拟拟信信号号来来说说，往往往往已已成成为为严严重重的的干干扰扰源源。为为了了避避免免模模拟拟地与数字地之间的相互干扰，二者应分别设置。地与数字地之间的相互干扰，二者应分别设置。3 3）信号源地线信号源地线信信号号源源地地线线是是传传感感器器本本身身的的零零电电位位基基准准公公共共线线。传传感

6、感器器可可看看做做是是测测量量装装置置的的信信号号源源。通通常常传传感感器器安安装装在在生生产产现现场场，而而显显示示、记记录录等等测测量量装装置置则则安安装装在在离离现现场有一定距离的控制场有一定距离的控制室内，室内，在接地要求上二者不同。在接地要求上二者不同。4 4）负载地线负载地线 负负载载的的电电流流一一般般较较前前级级信信号号大大得得多多，负负载载地地线线上上的的电电流流在在地地线线中中产产生生的的干干扰扰作作用用也也大大，因因此此负负载载地地线线和和放放大大器器的的信信号号地地线线也也有有不不同同的的要要求求。有有时时二二者者在在电电气气上上是是相相互互绝绝缘缘的的，它它们们之之间

7、间通通过过磁磁耦耦合合或或光光耦耦合合传传输信号。输信号。在在电电子子测测量量系系统统中中，上上述述四四种种地地线线应应分分别别设设置置。在在电电位位需需要要连连通通时时，可可选选择择合合适适位位置置做做一一点点相相连连，以以消除各地线之间的干扰。消除各地线之间的干扰。3.3.电路一点接地原则电路一点接地原则1 1）单级放大电路的一点接地单级放大电路的一点接地 如如图图3-133-13（a a）所所示示，单单级级选选频频放放大大器器的的原原理理电电路路上上有有7 7个个线线端端需需要要接接地地。如如果果只只从从原原理理图图的的要要求求进进行行接接线线，则则这这7 7个个线线端端可可以以接接在在

8、接接地地母母线线任任意意不不同同位位置置。这这样样，不不同同接接地地点点间间的的电电位位差差就就有有可可能能成成为为这这级级电电路路的的干干扰扰信信号号。因因此此，应应采采用用图图3-133-13（b b）所所示示的的一一点点接接地地方式。方式。图3-13 单级电路的一点接地(a)多点接地方式；(b)一点接地方式 2 2）多级电路的一点接地多级电路的一点接地 图图3-14（a）所所示示的的多多级级电电路路利利用用一一段段公公用用地地线线后后，再再在在一一点点接接地地，它它虽虽然然避避免免了了多多点点接接地地可可能能产产生生的的干干扰扰，但但是是在在这这段段公公用用地地线线上上却却存存在在着着A

9、、B、C三三点点不不同同 的的 对对 地地 电电 位位 差差，其其 中中 UA(I1+I2+I3)R1，UBUA+(I2+I3)R2，UCUB+I3R3。图3-14 多级电路的一点接地(a)一点接地的串联方式；(b)一点接地的并联方式 当当各各级级电电平平相相差差不不大大时时，这这种种接接地地方方式式还还勉勉强强可可以以使使用用。如如果果各各电电路路的的电电平平相相差差很很大大时时，就就不不能能使使用用。因因为为高高电电平平电电路路将将会会产产生生较较大大的的地地电电流流并并干干扰扰到低电平电路。到低电平电路。这这种种利利用用一一段段公公用用地地线线多多级级接接地地方方式式的的优优点点是是布布

10、线线简简便便，因因此此常常应应用用在在级级数数不不多多，各各级级电电平平相相差差不不大大以以及及抗抗干干扰扰能能力力较较强强的的数数字字电电路路。在在使使用用这这种种接接地地方方式式时时还还应应注注意意把把低低电电平平的的电电路路放放在在距距接接地地点点最最近的地方，因为该点最接近于地电位。近的地方，因为该点最接近于地电位。3)放大器与信号源的接地放大器与信号源的接地 图图3-15（a）为为放放大大器器与与信信号号源源的的两两点点接接地地方方式式。其其中中Us为为信信号号源源电电压压，Rs为为信信号号源源内内阻阻，Rc为为引引线线电电阻阻。对对于于微微弱弱信信号号的的放放大大电电路路，信信号号

11、源源地地与与放放大大器器地地之之间间存存在在着着地地电电阻阻RG，当当某某种种干干扰扰电电流流流流过过此此电电阻阻时时，就就会会形形成成共共模模干干扰扰UG。其其等等效效电电路路如如图图3-15（b）所所示。示。图3-15 放大器与信号源的接地方式(a)放大器与信号源两点接地；(b)两点接地等效电路；(c)一点接地等效电路 3.5.3 3.5.3 浮置技术浮置技术浮浮置置又又称称浮浮空空、浮浮接接，它它指指的的是是电电子子测测量量系系统统的的输输入入信信号号放放大大器器公公共共线线(即即模模拟拟信信号号地地)不不接接机机壳壳或或大大地地。对对于于被被浮浮置置的的测测量量系系统统，测测量量电电路

12、路与与机机壳壳或或大大地地之间无直流联系。之间无直流联系。图3-16 浮置的温度测量系统 图图3-16所示的温度测量系统中，其前置放大器通所示的温度测量系统中，其前置放大器通过三个变压器与外界联系。过三个变压器与外界联系。B1是输出变压器，是输出变压器，B2是反是反馈变压器，馈变压器，B3是电源变压器。前置放大器的两个输入是电源变压器。前置放大器的两个输入端子均不接外壳和屏蔽层，端子均不接外壳和屏蔽层，也不接大地。两层屏蔽之也不接大地。两层屏蔽之间互相绝缘，外层屏蔽接大地，内层屏蔽延伸到信号间互相绝缘，外层屏蔽接大地，内层屏蔽延伸到信号源处接地。从图中可明显看出，采用浮置后地电位差源处接地。从

13、图中可明显看出，采用浮置后地电位差所造成的干扰电流大大减小，而且该电流为容性漏电所造成的干扰电流大大减小，而且该电流为容性漏电流。流。3.5.4 3.5.4 平衡电路平衡电路 平平衡衡电电路路又又称称为为对对称称电电路路。它它是是指指双双线线电电路路中中的的两两根根导导线线与与连连接接到到这这两两根根导导线线的的所所有有电电路路对对地地或或对对其其他他导导线线电电路路结结构构对对称称，对对应应阻阻抗抗相相等等。例例如如，电电桥桥和和差差分分放放大大器器就就属属于于平平衡衡电电路路。采采用用平平衡衡电电路路可可以以使使对对称称电电路路结结构构所所拾拾捡捡的的噪噪声声相相等等，并并可可以以在在负负

14、载载上上自自行行抵消。抵消。图3-17 最简单的平衡电路 图图3-17所所示示电电路路是是最最简简单单的的平平衡衡电电路路。UN1、UN2为为噪噪声声电电压压源源，Us1、Us2为为信信号号源源，两两个个噪噪声声源源所所产产生生的的噪噪声声电电流流为为IN1、IN2，两两个个信信号号源源产产生生的的信信号号电电流流为为Is。由由电电路路原原理理图图可可求求出出在在负负载载上上产产生生的的总电压为总电压为（3-15）在在一一个个不不平平衡衡系系统统中中，电电路路的的信信号号传传输输部部分分可可采采用用两两个个变变压压器器而而使使其其变变得得平平衡衡，其其原原理理如如图图3-183-18所所示示。

15、因因为为长长导导线线最最易易拾拾捡捡噪噪声声，所所以以这这种种方方法法对对于于信信号号传传输输电电路路在在噪噪声声抑抑制制上上是是很很有有用用的的。同同时时，变变压压器器还还能能断断开开地地环环路路，因因此此能能消消除除负负载载与与信信号号源源之之间间由由于于地地电电位差所造位差所造成的噪声干扰。成的噪声干扰。图3-18 用两个变压器使传输线平衡(a)不平衡系统；(b)平衡传输系统 3.5.5 3.5.5 滤波器滤波器1.RC1.RC滤波器滤波器 当当信信号号源源为为热热电电偶偶、应应变变片片等等信信号号变变化化缓缓慢慢的的传传感感器器时时，利利用用小小体体积积、低低成成本本的的无无源源RC低

16、低通通滤滤波波器器将将对对串串模模干干扰扰有有较较好好的的抑抑制制效效果果。对对称称的的RC低低通通滤滤波波器电路如图器电路如图3-19所示。所示。图3-19 串模干扰信号滤波器(a)单级RC滤波器与放大器的连接；(b)二级RC滤波器2.2.直流电源输出端的滤波器直流电源输出端的滤波器直直流流供供电电的的仪仪表表，其其直直流流电电源源往往往往被被几几个个电电路路共共用用。因因此此，为为了了减减弱弱经经共共用用电电源源内内阻阻在在各各电电路路之之间间形形成成的的噪噪声声耦耦合合，对对直直流流电电源源输输出出端端还还需需加加装装滤滤波波器器。图图3-20(a)3-20(a)、(b)(b)是是滤滤除

17、除高高、低低频频成成分分干干扰扰的的两两种种滤滤波波器。器。图图3-20高、高、低频干扰电压滤波器低频干扰电压滤波器3.3.退耦滤波器退耦滤波器 当当一一个个直直流流电电源源对对几几个个电电路路同同时时供供电电时时，为为了了避避免免通通过过电电源源内内阻阻造造成成几几个个电电路路之之间间互互相相干干扰扰，应应在在每每个个电电路路的的直直流流进进线线与与地地线线之之间间加加装装退退耦耦滤滤波波器器。图图3-213-21是是RCRC和和LCLC退退耦耦滤滤波波器器的的应应用方法示意图。应注意，用方法示意图。应注意，LC滤波器有一个谐振频率，其值为滤波器有一个谐振频率，其值为(3-16)应应将将这这

18、个个谐谐振振频频率率取取在在电电路路的的通通频频带带之之外外。在在谐谐振振频频率率时时，滤滤波器的增益与阻尼系数波器的增益与阻尼系数成成反比。反比。LC滤波器的阻尼系数滤波器的阻尼系数(3-17)式中式中,R是电感线圈的等效电阻。是电感线圈的等效电阻。为了将谐振时的增益限制在为了将谐振时的增益限制在2dB以下，应取以下，应取0.5。图3-21 电源退耦滤波器(a)RC退耦滤波器；(b)LC退耦滤波器 4.4.交流电源进线端的对称滤波器交流电源进线端的对称滤波器 任任何何使使用用交交流流电电源源的的电电子子测测量量仪仪表表，经经电电源源线线传传导导耦耦合合到到测测量量电电路路中中的的干干扰扰，都

19、都会会对对仪仪表表工工作作造造成成影影响响。为为此此，在在交交流流电电源源进进线线端端子子间间加加装装滤滤波波器器是是十十分分必要的。必要的。3.5.6 3.5.6 光电耦合器光电耦合器光光耦耦合合器器是是由由发发光光二二极极管管和和光光敏敏三三极极管管封封装装在在一一个个管管壳壳内内组组成成的的。发发光光二二极极管管两两端端为为信信号号输输入入端端，光光敏敏三三极极管管的的集集电电极极和和发发射射极极作作为为光光耦耦合合器器的的输输出出端端，它它们们之之间间的的信信号号传传输输是是靠靠发发光光二二极极管管在在信信号号电电压压的的控控制制下下发发光光，传传送送给给光光敏敏三三极极管管来来完完成

20、成的的。输输入入信信号号和和输出信号二者之间在电气上是绝缘的。输出信号二者之间在电气上是绝缘的。图3-22 用于断开地环路的光耦合器 见见图图3-22。由由于于两两个个电电路路之之间间采采用用光光束束来来耦耦合合，因因此此能能把把两两个个电电路路的的地地电电位位隔隔离离开开，两两个个电电路路的的地地电电位位即即使使不不同同也也不不会会造造成成干干扰扰。光光耦耦合合对对数数字字电电路路很很适适用用，但但在在模模拟拟电电路路中中需需应应用用光光反反馈馈技技术术，以以解解决光耦合器特性的非线性问题。决光耦合器特性的非线性问题。3.5.7 3.5.7 脉冲电路的噪声抑制技术脉冲电路的噪声抑制技术1.1

21、.脉冲电路被干扰的一般情况脉冲电路被干扰的一般情况对对于于脉脉冲冲电电路路来来说说，理理想想的的信信号号波波形形应应具具有有以以下特征：下特征：幅度一定；幅度一定；重复周期或脉冲宽度一定；重复周期或脉冲宽度一定；波形无畸变，不寄生其他非工作信号波形；波形无畸变，不寄生其他非工作信号波形；没有相位偏移；没有相位偏移；零电平基零电平基准线保持不变。准线保持不变。实实际际电电路路中中，由由于于各各种种各各样样的的电电路路条条件件及及传传输输过过程程中中各各种种干干扰扰因因素素的的影影响响，上上述述理理想想条条件件并并不不是是都都能能满满足足。例例如如，当当脉脉冲冲信信号号通通过过电电容容时时就就失失

22、去去了了直直流流分分量量，零零电电平平可可能能要要偏偏离离基基准准线线；电电路路的的时时间间常常数数不不合合适适将将使使脉脉冲冲波波形形发发生生畸畸变变；信信号号如如通通过过电电感感将将产产生生相相移移，且且随随频频率率变变化化；在在包包含含频频率率极极宽宽的的脉脉冲冲波波形形中中，其其每每个个频频率率的的相相移移大大小小各各不不相相同同，故故会会发发生生波波形形畸畸变变。总总之之，信信号号的的畸畸变变是是引引起起脉脉冲冲电电路路工工作作异异常常的的重重要要因因素之一，也是区别于模拟电路的重要特征。素之一，也是区别于模拟电路的重要特征。图3-23 常见的脉冲干扰波形(a)原波形；(b)严重振铃

23、；(c)混入了模拟干扰；(d)高频寄生振荡(e)垂度过大；(f)共模干扰；(g)尖峰干扰 2.2.脉冲电路的噪声抑制技术脉冲电路的噪声抑制技术1 1）脉冲干扰隔离门脉冲干扰隔离门脉脉冲冲干干扰扰隔隔离离门门利利用用硅硅二二极极管管的的正正向向压压降降对对幅幅度度较较小小的的干干扰扰脉脉冲冲加加以以阻阻挡挡，而而让让幅幅度度较较大大的的脉脉冲冲信信号号顺顺利利通通过过。图图3-243-24给给出出了了脉脉冲冲隔隔离离门门的的原原理理电电路路。图图中二极管应选用开关中二极管应选用开关管。管。图3-24 脉冲隔离门 2 2）削波器削波器当当噪噪声声电电压压低低于于脉脉冲冲的的波波峰峰值值时时，也也可

24、可使使用用图图3-3-2525所所示示的的削削波波器器。该该削削波波器器只只让让高高于于电电压压E的的脉脉冲冲信号通过，而低于电压信号通过，而低于电压E的干扰脉冲则被削掉。的干扰脉冲则被削掉。图3-25 削波器 (a)原理图；(b)波形图 3 3）积分电路积分电路在在脉脉冲冲电电路路中中为为了了抑抑制制窄窄脉脉冲冲型型的的噪噪声声干干扰扰，使使用用积积分分电电路路是是最最有有效效的的。当当脉脉冲冲电电路路以以脉脉冲冲前前沿沿的的相相位位作作为为信信息息传传输输时时，通通常常用用微微分分电电路路取取出出前前沿沿相相位位。但但是是，如如果果有有噪噪声声脉脉冲冲存存在在，其其宽宽度度即即使使很很小小

25、也也会会出出现现在在输输出出端端。如如果果使使用用积积分分电电路路，则则脉脉冲冲宽宽度度大大的的信信号号输输出出大大而而脉脉冲冲宽宽度度小小的的噪噪声声脉脉冲冲输输出出小小，所所以以能能将将噪噪声声脉脉冲冲干干扰扰滤滤除除掉掉。图图3-263-26以以波波形形图图的的形形式式说说明明了用积分电路消除干扰脉冲的原理。了用积分电路消除干扰脉冲的原理。图3-26 用积分电路消除干扰脉冲(a)混有干扰的脉冲信号；(b)微分电路的输出波形；(c)积分电路的输出波形 3.6电源变压器与工频干扰电源变压器与工频干扰3 36 61 1电源变压器的屏蔽措施电源变压器的屏蔽措施1 1电电源源变变压压器器原原、副副

26、边边绕绕组组之之间间加加入入单单层层静静电电屏屏蔽蔽后后的的漏漏电电流分析流分析 图图3-27 3-27 带静电屏蔽的变压器等效电路带静电屏蔽的变压器等效电路3 36 62 2电源滤波器的构造及抗干扰特性电源滤波器的构造及抗干扰特性任何使用交流电源的电子测量系统，经电源线传导耦合到任何使用交流电源的电子测量系统，经电源线传导耦合到测量电路中的干扰，都会对系统工作造成影响。为此，在交流测量电路中的干扰，都会对系统工作造成影响。为此，在交流电源进线端子间加装滤波器是十分必要的。在电源和负载之间电源进线端子间加装滤波器是十分必要的。在电源和负载之间插入交流电源滤波器之后可以将几千赫兹至几十兆赫兹范围

27、内插入交流电源滤波器之后可以将几千赫兹至几十兆赫兹范围内的电磁干扰衰减到几十分之一。交流电源滤波器有不同的构造，的电磁干扰衰减到几十分之一。交流电源滤波器有不同的构造，因此也有不同的抗干扰特性。因此也有不同的抗干扰特性。图图3-31是几种常用的电源滤波器的结构原理图。图（是几种常用的电源滤波器的结构原理图。图（a）是高频旁路电容滤波器，可以滤除电源中的高频串模干扰。图是高频旁路电容滤波器，可以滤除电源中的高频串模干扰。图（b）是并接在电源输入两端的两个串联旁路电容，电容间的）是并接在电源输入两端的两个串联旁路电容，电容间的连接点接地。这种滤波器可以滤除电源的共模干扰。图（连接点接地。这种滤波器

28、可以滤除电源的共模干扰。图（c）所示的滤波器电路中，所示的滤波器电路中，C1、C2对滤除共模干扰起作用，而对滤除共模干扰起作用，而C3对对滤除串模干扰起作用。图（滤除串模干扰起作用。图（d）是滤除电源串模干扰的滤波器，）是滤除电源串模干扰的滤波器，L1、L2对于高频干扰源来说是高阻抗，对于高频干扰源来说是高阻抗，C为低阻抗。图（为低阻抗。图（e）是）是滤出共模干扰的滤波器。滤出共模干扰的滤波器。图3-31 各种电源滤波器的构成 图图3-323-32是是对对串串模模干干扰扰和和共共模模干干扰扰均均有有滤滤除除效效果果的的电电源源滤滤波波器器。100H100H电电感感、0.1 0.1 FF电电容容

29、组组成成高高频频滤滤波波器器，能能吸吸收收从从电电源源线线传传导导进进来来的的中中短短波波段段的的高高频频噪噪声声干干扰扰。图图中中两两只只对对称称的的5 5 mHmH电电感感是是由由绕绕在在同同一一只只铁铁芯芯两两侧侧、匝匝数数相相等等的的电电感感绕绕组组构构成成的的，称称为为共共模模电电感感（或或抗抗共共模模干干扰扰扼扼流流圈圈）。由由于于电电源源的的进进线线侧侧至至负负载载的的往往返返电电流流在在铁铁芯芯中中产产生生的的磁磁通通方方向向相相反反、互互相相抵抵消消，因因而而不不起起电电感感的的作作用用，对对50 50 HzHz的的大大负负载载电电流流阻阻抗抗很很小小，但但对对于于电电源源相

30、相线线和和中中性性线线同同时时存存在在的的大大小小相相等等、相相位位相相同同的的共共模模噪噪声声干干扰扰来来说说，是是一一个个较较大大的的电电感感，它它呈呈高高阻阻抗抗，所所以以对对共共模模噪噪声声干干扰扰有有良良好好的的抑抑制制作作用用。图图中中的的10 10 FF电电容容能能吸吸收收因因电电源源波波形形畸畸变变而而产产生生的的谐谐波波干干扰扰；图图中中的的压压敏敏电电阻阻R能能吸吸收收因因雷雷击击等等引起的浪涌电压干扰。引起的浪涌电压干扰。图3-32 交流电源滤波器电路 3.6.3 3.6.3 铁氧体磁珠滤波器及浪涌吸收器铁氧体磁珠滤波器及浪涌吸收器1.1.铁氧体磁珠滤波器铁氧体磁珠滤波器

31、在在稳稳压压电电源源的的直直流流输输出出端端接接一一个个电电源源滤滤波波器器，能能有有效效地地抑抑制制电电源源干干扰扰，但但是是当当输输出出直直流流电电流流很很大大时时，如如数数十十安安培培乃乃至至数数百百安安培培时时，滤滤波波器器中中的的抗抗共共模模干干扰扰扼扼流流圈圈势势必必要要做做得得很很大大，特特别别是是线线圈圈的的线线要要粗粗，铁铁芯芯截截面面积积要要大大，给给制制作作和和安安装装带带来来很很大大的麻烦。在这种场合下，铁氧体磁珠可以作为滤波器使用。的麻烦。在这种场合下，铁氧体磁珠可以作为滤波器使用。铁铁氧氧体体磁磁珠珠是是一一个个对对高高频频有有很很大大的的损损耗耗，而而对对低低频频

32、及及直直流流几几乎乎没没有有损损耗耗的的元元件件，它它对对1MHz1MHz以以上上的的干干扰扰有有显显著著的的衰衰减减作作用用。磁磁珠珠可可根根据据需需要要做做成成大大型型的的或或小小型型的的。小小型型的的孔孔径径为为1 1 mmmm左左右右，可可以以直直接接穿穿在在铜铜线线、电电阻阻、晶晶体体管管等等引引线线上上面面，起起滤滤波波作作用用。铁铁氧氧体体磁磁珠珠可可分分为为电电阻阻性性的的和和电电感感性性的的两两种种，一一般般用用电电感感性性的的磁磁珠珠作作为为滤滤波波器器。这这种种磁磁珠珠的的等等效效电电路路为为一一个个电电阻阻和和一一个个电电感感的串联，的串联，磁珠的阻抗与频率之间有如下关

33、系：磁珠的阻抗与频率之间有如下关系：（3-19）式式中中，R R为为磁磁珠珠的的等等效效电电阻阻，L L为为等等效效电电感感。由由于于磁磁珠珠的的电电阻阻R R使使电电感感的的Q Q值值下下降降，而而成成为为低低Q Q值值电电路路，这这对对磁磁珠珠作作为为宽宽频频带带有有效效的的扼扼流流圈圈是是十十分分重重要要的的。当当用用一一个个磁磁珠珠还还不不足足以以衰衰减减干干扰扰时时，可可用用几几个个串串联联在在一一起起。在在直直流流大大电电流流时时要要注注意意选选择择磁磁珠珠的的规规格格，不要引起磁珠不要引起磁珠的磁饱和。的磁饱和。2.2.浪涌吸收器浪涌吸收器 在在电电源源电电路路中中用用浪浪涌涌吸

34、吸收收器器，以以吸吸收收电电源源中中的的各各种种浪浪涌涌脉冲干扰。这也是抑制电源干扰的有效措施之一。脉冲干扰。这也是抑制电源干扰的有效措施之一。浪浪涌涌吸吸收收器器的的主主要要特特点点是是其其电电流流电电压压关关系系很很特特殊殊，电电流流的的增增加加和和减减少少，使使电电阻阻值值也也发发生生相相应应变变化化。所所以以，浪浪涌涌吸吸收收器器也也常常称称为为变变阻阻器器。其其伏伏安安特特性性曲曲线线如如图图3-333-33所所示示。若若一一旦旦击击穿穿，其其两两端端的的压压降降迅迅速速降降低低，电电流流迅迅速速增增加加。浪浪涌涌吸吸收收器器的主要技术指标有击穿电压、浪的主要技术指标有击穿电压、浪涌

35、电流及导通电压。涌电流及导通电压。图3-33 浪涌吸收器的伏安特性曲线 3.7 通过布线减小干扰通过布线减小干扰1、强弱信号分开布线、强弱信号分开布线2、交直流线路分开布线、交直流线路分开布线3、高低压线路分开走线、高低压线路分开走线4、减小线路的环路面积、减小线路的环路面积5、导线和元件的固定、导线和元件的固定6、印刷电路板的设计、印刷电路板的设计较差较差较好较好很好很好较好较好较差较差3.7.1印刷电路板的设计印刷电路板的设计一、印刷电路板基板的选择印刷电路板基板的选择二、印刷电路的分布电容及载流量二、印刷电路的分布电容及载流量分布电容大分布电容大分布电容跟单面接近分布电容跟单面接近3.7

36、.3印刷线路板的布线设计：印刷线路板的布线设计：1、走线呈直线状，切忌往返交错：、走线呈直线状，切忌往返交错：较好较好较差较差2、尽量减小布线的分布电容，这与接地电阻应小、尽量减小布线的分布电容，这与接地电阻应小相矛盾。相矛盾。a、采用隔离走线、采用隔离走线b、采用短接线（跳线）、采用短接线（跳线）C、采用屏蔽线或屏蔽板、采用屏蔽线或屏蔽板d、集成电路用隔离地线和电源线、集成电路用隔离地线和电源线3、接地线应随着接地点的增加而不断加宽，尽量减、接地线应随着接地点的增加而不断加宽，尽量减小接地电阻。小接地电阻。4、绝对避免印刷铜箔形成环路，以减小对噪声信号、绝对避免印刷铜箔形成环路，以减小对噪声

37、信号的接收。的接收。5、从安全角度考虑，电源回、从安全角度考虑，电源回路的铜箔应能承受电路的最路的铜箔应能承受电路的最大电流值大电流值、高频电路和高压电路、高频电路和高压电路在拐弯处不应开成尖角，在拐弯处不应开成尖角，以避免高压打火或高频寄生振荡。以避免高压打火或高频寄生振荡。、印制条状铜箔间的距离不可太小。、印制条状铜箔间的距离不可太小。输出电路（第四级）放大电路（第三级）放大电路（第一级）电源电路放大电路（第二级）振荡电路INOUT（a）输出电路（第四级）放大电路（第三级）放大电路（第一级）电源电路放大电路（第二级）振荡电路INOUT(b)不合理较合理电容电容电容电容（a）电容电容电容电容

38、（b不合理较合理电容电容按钮按钮电阻电阻电阻电阻电阻电容电容按钮按钮电阻电阻电阻电阻电阻(a)(b)不合理较合理3.8软件抗干扰技术软件抗干扰技术3.8.1数字滤波技术数字滤波技术在在信信号号检检测测系系统统中中均均含含有有各各种种噪噪声声和和干干扰扰，它它们们来来自自被被测测信信号号本本身身、传传感感器器、外外界界干干扰扰等等。为为了了进进行行准准确确测测量量，必必须须消消除除被被测测信信号号中中的的噪噪声声和和干干扰扰。噪噪声声有有两两大大类类：一一类类为为周周期期性性的的；另另一一类类为为不不规规则则的的。前前者者的的典典型型代代表表为为50Hz的的工工频频干干扰扰，对对于于这这类类信信

39、号号，可可以以采采用用前前几几节节介介绍绍的的抗抗干干扰扰措措施施；对对于于不不规规则则的的随随机机干干扰扰，可可以以用用数数字字滤滤波波方方法法予予以以削削弱弱或或滤滤除除。所所谓谓数数字字滤滤波波，就就是是通通过过一一定定的的计计算算或或判判断断程程序序减减少少干干扰扰在在有有用用信信号号中中的的比比重重，因因此此它它实实质质上上是是一一种种程程序序滤滤波波。数数字字滤滤波波克克服服了了模模拟拟滤滤波器的不足，与模拟滤波器相比，它有以下几个优点：波器的不足，与模拟滤波器相比，它有以下几个优点：（1 1）数数字字滤滤波波是是用用程程序序实实现现的的，不不需需要要增增加加硬硬件件设设备备，所所

40、以可靠性高、稳定性好。以可靠性高、稳定性好。（2 2）数数字字滤滤波波可可以以对对频频率率很很低低(如如0.01 0.01 Hz)Hz)的的信信号号实实现现滤滤波波，克服了模拟滤波器的缺陷。克服了模拟滤波器的缺陷。（3 3）数数字字滤滤波波器器可可以以根根据据信信号号的的不不同同，采采用用不不同同的的滤滤波波方方法或滤波参数，具有灵活、方便、法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。功能强的特点。1.1.常用的数字滤波方法常用的数字滤波方法1 1）算术平均值滤波法算术平均值滤波法 算算术术平平均均值值滤滤波波法法是是在在采采样样点点连连续续采采样样数数次次并并相相加加，然然后后取取算算术术平

41、平均均值值作作为为本本次次采采样样值值的的方方法法。这这种种方方法法可可以以减减小小系统的随机干扰对采样结果的影响。系统的随机干扰对采样结果的影响。采样次数取采样次数取35次即可。次即可。2 2）限幅滤波法限幅滤波法由由于于大大的的随随机机干干扰扰或或传传感感器器的的不不稳稳定定，使使得得采采样样数数据据偏偏离离实际值太远，为此采用上、实际值太远，为此采用上、下限限幅，即下限限幅，即（3-20）而且采用限速而且采用限速(亦称限制变化率亦称限制变化率)，即，即（3-21）3 3）中值滤波法中值滤波法中中值值滤滤波波法法的的原原理理是是对对被被测测参参数数连连续续采采样样m m（m m为为大大于于

42、等等于于3 3的的奇奇数数）次次，并并按按大大小小顺顺序序排排列列，再再取取中中间间值值作作为为本本次次采采样样的的有有效效数数据据。中中值值滤滤波波法法和和平平均均值值滤滤波波法法结结合合起起来来使使用用，滤滤波波效效果果会会更更好好。即即在在每每个个采采样样周周期期，先先用用中中值值滤滤波波法法得得到到m m个个滤滤波波值值，再再对对这这m m个个滤滤波波值值进进行行算算术术平平均均，得得到可用的被测参数。到可用的被测参数。4 4）惯性滤波法惯性滤波法惯惯性性滤滤波波法法实实际际上上是是用用软软件件方方法法代代替替硬硬件件RCRC滤滤波波器器，也也就是利用软件完成低通滤波器的算法。就是利用

43、软件完成低通滤波器的算法。以以上上讨讨论论了了四四种种数数字字滤滤波波方方法法，在在实实际际应应用用中中，究究竟竟选选取取哪哪一一种种数数字字滤滤波波方方法法，应应视视具具体体情情况况而而定定。一一般般来来说说，算算术术平平均均值值滤滤波波法法适适用用于于周周期期性性干干扰扰；中中值值滤滤波波法法和和限限幅幅滤滤波波法法适适用用于于偶偶然然的的脉脉冲冲干干扰扰；惯惯性性滤滤波波法法适适用用于于高高频频及及低低频频的的干干扰扰信信号号。针针对对不不同同的的测测量量对对象象，有有时时还还会会同同时时采采用用几几种种滤滤波波方方法法，比比如如先先用用中中值值滤滤波波法法或或限限幅幅滤滤波波法法，然然

44、后后再再用用算算术术平平均均值值滤滤波波法法。总总之之，应应用用恰恰当当的的数数字字滤滤波波方方法法，可可以以有有效效地地滤滤除除和和减减小小各各种种干扰和噪声。干扰和噪声。2.2.数字滤波器设计方法数字滤波器设计方法数数字字滤滤波波器器实实际际上上是是通通过过一一定定的的计计算算机机程程序序对对采采样样数数据据进进行行处处理理，来来实实现现上上述述滤滤波波方方法法的的。下下面面以以汇汇编编语语言言编编写写的的MCS-MCS-5151系列单片机中值数字滤波子程序为例，说明其设计方法。系列单片机中值数字滤波子程序为例，说明其设计方法。中中值值数数字字滤滤波波子子程程序序的的功功能能是是对对被被测

45、测信信号号连连续续采采样样三三次次，从从中中选选择择中中间间值值作作为为有有效效信信号号。将将连连续续采采样样的的三三个个数数据据分分别别存存入入R1R1、R2R2、R3R3寄存器，最后得到的结果存入寄存器，最后得到的结果存入R0R0寄存器。寄存器。程序清单如下：程序清单如下：ZZLB：PUSHPSW；将；将PSW和累加器和累加器A进栈保护进栈保护PUSHACCMOVA,R1；将第一次采样的数据放于；将第一次采样的数据放于ACLRCSUBBA，R2JNCZZLB1；第一次采样的数据大于第二次的，则转；第一次采样的数据大于第二次的，则转ZZLB1MOVA，R1XCHA，R2；将第一次和第二次采样

46、的数据互换；将第一次和第二次采样的数据互换MOVR1，AZZLB1：MOVA，R3CLRCSUBBA，R1JNCZZLB3；第三次采样的数据大于前二次的，则转；第三次采样的数据大于前二次的，则转ZZLB3MOV A，R3CLR CSUBB A,R2JNC ZZLB4MOV A,R2MOV R0,AZZLB2：POP ACCPOP PSWRETZZLB3：MOV A，R1MOV R0，AAJMP ZZLB2ZZLB4：MOV A，R3MOV R0，AAJMP ZZLB2 3.8.2 3.8.2 指令冗余技术指令冗余技术当当CPUCPU受受到到干干扰扰后后，往往往往会会将将一一些些操操作作数数当当

47、作作指指令令码码来来执执行行，引引起起程程序序混混乱乱。当当程程序序“跑跑飞飞”到到某某一一单单字字节节指指令令上上时时，便便自自动动纳纳入入正正轨轨；当当程程序序“跑跑飞飞”到到某某一一双双字字节节指指令令上上时时，有有可可能能落落到到其其操操作作数数上上，从从而而继继续续出出错错；当当程程序序“跑跑飞飞”到到三三字字节节指指令令上上时时，因因它它有有两两个个操操作作数数，继继续续出出错错的的机机会会就就更更大大。因因此此在在程程序序设设计计中中应应多多采采用用单单字字节节指指令令，并并在在关关键键的的地地方方人人为为地地插插入入一一些些单单字字节节指指令令（NOPNOP）或或将将有有效效单

48、单字字节节指指令令重重复复书书写写，这这便便是是指指令令冗冗余余。指指令令冗冗余余无无疑疑会会降降低低系系统统的的效效率率，但但在在绝绝大大多多数数情情况况下下，CPUCPU还还不不至至于于忙忙到到不不能能多多执执行行几几条条指指令令的的程程度度，所以这种方法仍被广泛采用。所以这种方法仍被广泛采用。在在一一些些对对程程序序流流向向起起决决定定作作用用的的指指令令之之前前插插入入两两条条NOPNOP指指令令，以以保保证证“跑跑飞飞”的的程程序序迅迅速速纳纳入入正正确确轨轨道道。在在某某些些对对系系统统工工作作状状态态重重要要的的指指令令前前也也可可插插入入NOPNOP指指令令，以以保保证证正正确

49、确执执行行。指指令令冗冗余余技技术术可可以以减减少少程程序序“跑跑飞飞”的的次次数数，但但这这并并不不能能保保证证在在失失控控期期间间不不破破坏坏系系统统，更更不不能能保保证证程程序序纳纳入入正正常常轨轨道道后后就就太太平无事，平无事，解决这个问题必须采用软件陷阱技术。解决这个问题必须采用软件陷阱技术。3.8.3 3.8.3 软件陷阱技术软件陷阱技术 指指令令冗冗余余技技术术使使“跑跑飞飞”的的程程序序安安定定下下来来是是有有条条件件的的。首首先先，“跑跑飞飞”的的程程序序必必须须落落到到程程序序区区；其其次次，必必须须执执行行到到冗冗余余指指令令。所所谓谓软软件件陷陷阱阱，就就是是用用一一条

50、条引引导导指指令令，强强行行将将捕捕获获的的程程序序引引向向一一个个指指定定的的地地址址，在在那那里里有有一一段段专专门门对对程程序序出出错错进进行行处处理理的的程程序序。如如果果把把这这段段程程序序的的入入口口标标号号设设为为ERRERR，则则软软件件陷陷阱阱即即为为一一条条无无条条件件转转移移指指令令，为为了了加加强强其其捕捕捉捉效效果果，一一般般还还在它前面加上两条在它前面加上两条NOP指令。因此软件陷阱由三条指令组成：指令。因此软件陷阱由三条指令组成：NOPNOPNOPNOPLJMP ERR LJMP ERR 软软件件陷陷阱阱一一般般安安排排在在程程序序中中的的四四个个地地方方：未未使